Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O

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1 IMC Aula 03 MEMÓRIAS, PROCESSADORES E I/O 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 1

2 Cartão Perfurado Uma das primeiras formas de armazenar dados nesse universo foi com cartões perfurados, criados em 1725 por Basile Bouchon e aperfeiçoados por Herman Hollerith. Os cartões perfurados armazenam informações simples por meio de buracos estrategicamente posicionados. Quando interpretados por uma máquina, esses furos são decodificados em dados; Essa tecnologia foi usada até meados do século XX, 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 2

3 Cartões Perfurados 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 3

4 Fita Magnética Surgiu já no início dos anos 50; Era uma fita plástica coberta com óxido magnético, capaz de armazenar informações; As fitas magnéticas, precursoras das fitas cassete, foram responsáveis por uma grande revolução na indústria fonográfica. O primeiro computador a utilizar as fitas, o UNIVAC. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 4

5 Fita Magnética 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 5

6 Disquetes Os primeiros modelos de disquetes surgiram nos anos 70; Eram muito frágeis e os dados se perdiam com facilidade, especialmente pela construção maleável dos disquetes, que facilitavam a ruptura dos filamentos magnéticos que armazenavam as informações. Existiam versões com capacidade de 1,2 MB e 1.44MB. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 6

7 Disquetes 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 7

8 Memória Semicondutora Décadas de 50 e 60 Memória magnética Cara, volumosa e destrutiva Década de 70 Primeira memória semicondutora 256 bits Gerações 1K, 4K, 16K, 64K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M, 1G, 4G, 16G em um único chip 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 8

9 Memória RAM As memórias RAM são responsáveis por armazenar as informações que estão em uso no computador, fazendo com que o acesso aos dados seja mais rápido. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 9

10 Encapsulamento e instalação da DRAM Até o final dos anos 80, a memória DRAM era feita com o encapsulamento DIP, que tinha que ser encaixada na placa-mãe. Logo depois surgiu o encapsulamento SIPP, que deu lugar, por sua vez, ao encapsulamento SIMM. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 10

11 Encapsulamento e instalação da DRAM O SIMM surgiu por volta de1992 e, até hoje, os chips de memória que compõem as placas adaptadoras são do tipo DIP (Dual In-Line Package). 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 11

12 Encapsulamento e instalação da DRAM Entre 1992 e 1994, usou-se muito os módulos de memória SIMM pequenos, de 30 pinos. Operam com 8 bits cada um. Os módulos 30 pinos conseguiam compor no máximo 4MB em um único módulo. Para completar um banco de memória num 80386, eram necessários 4 desses módulos, pois 4 x 8 bits significa 32 bits, o suficiente para um ou /04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 12

13 Encapsulamento e instalação da DRAM 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 13

14 Encapsulamento e instalação da DRAM Mais tarde, surgiram os módulos SIMM de memória de 72 vias, operando a 32 bits, que os últimos 486 fabricados usavam muito, também, algumas vezes, em conjunto com os de 30 vias. Esses módulos de memória de 72 vias podem ter até 32MB e um único módulo. Como esses módulos são de 32 bits, para poder completar um banco num Pentium, que é de 64 bits, são necessários 2 módulos. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 14

15 Encapsulamento e instalação da DRAM Em 1997 surgiram as memórias no encapsulamento DIMM (Dual In-Line Memory Module), que é uma módulo de memória com um encaixe igual ao do SIMM, mas que é de 168 pinos, praticamente o dobro do tamanho de um SIMM. Essa memória é de 64 bits. Assim, para um Pentium, basta um desses módulos de memória para funcionar. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 15

16 Encapsulamento e instalação da DRAM 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 16

17 DDR Tipo de memória, atualmente, nas memórias mais recentes existem o DDR, DDR2 e DDR3, sendo o ultimo tipo, o mais recente, portanto o mais rápido. A capacidade é o tamanho de armazenamento que a memória pode ter, atualmente: 512MB, 1Gb, 2Gb, 4GB e 8Gb. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 17

18 DDR double data rate, ou dupla taxa de transferência. Quando o padrão DDR surgiu dobrou a taxa de transferência de dados de então. Depois do DDR, vieram o DDR 2 e o atual DDR 3 - cada número indica que houve a multiplicação por dois da taxa de transferência em relação à geração anterior. Memória com padrão DDR 4 já é uma realidade. Exemplos: DDR-400, DDR2-667, DDR3-1600, 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 18

19 DDR 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 19

20 DDR2 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 20

21 DDR3 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 21

22 Velocidade da RAM A eficiência da memória RAM está ligada à quantidade de dados que ela consegue enviar para o processador: quanto mais dados, num menor espaço de tempo, melhor. Essa velocidade tem a ver com a frequência (quanto maior a frequência, mas vezes a memória está enviando dados), e tem a ver com largura de banda - ou seja, quantos dados é possível transmitir de uma só vez. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 22

23 Velocidade das memórias Velocidade, ou frequência: quanto maior for a velocidade (medida em Mhz Mega Hertz) maior será o desempenho, no entanto, é o principal fator que origina incompatibilidade quando se faz upgrade, como já dissemos deve ser sempre igual à que lá está e também deve obedecer aos requisitos da motherboard. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 23

24 Dual Channel Apesar da evolução do padrão DDR, as memórias ainda não conseguem atingir a mesma velocidade do processador. Para tentar diminuir essa distância os computadores mais modernos lançam mão do recurso Dual Channel, ou canal duplo. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 24

25 O que é o Dual Channel? O Dual Channel permite ao processador comunicar em simultâneo com duas memórias, tornando assim o processo de transferência e processamento de dados mais rápido. Existe também o Triple Channel, cujo o principio de funcionamento é igual mas com três memórias, mas existe apenas nas motherboards mais recentes. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 25

26 O que é o Dual Channel? Se um computador com quatro pentes de memória, por exemplo, o controlador organiza a atividade das memórias para que as informações de dois pentes sejam transmitidas de uma só vez para o resto do computador, enquanto os outros dois pentes estão recebendo informações que vêm da máquina. Com isso, é possível dobrar a capacidade dos pentes. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 26

27 O que é o Dual Channel? Por isso é importante que os pentes sejam idênticos. Já há placas que trabalha com Triple Channel, ou canal triplo. Nesse caso, sempre são necessários múltiplos de 3 para os pentes de memória. São máquinas que trabalham com 3, 6 ou 9 slots, por exemplo. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 27

28 Front Side Bus (FSB) Os Barramentos de comunicação são responsáveis por transmitir dados entre dispositivos de hardware. Entre os vários barramentos existentes no PC, o mais importante é o Front Side Bus (FSB), efetuando a comunicação entre a CPU e memória, incluindo outros dispositivos. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 28

29 Front Side Bus (FSB) Por isso, é muito importante que o FSB seja rápido o suficiente, caso contrário, muito da capacidade do CPU e da memória é esperdiçada na prática. Durante essa matéria, vários casos irão exemplificar como o FSB pode realmente limitar o desempenho do sistema de forma geral. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 29

30 Slot para as memórias 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 30

31 Slot para as memórias Os soquetes de memória são numerados: 1, 2 e 3. Instale memória primeiro no 1, depois no 2, depois no 3. Normalmente não é permitido deixar o 1 vazio e instalar memórias no 2 e/ou 3. O 1 pode ser o mais próximo do processador, mas nem sempre, às vezes o 1 é o mais distante. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 31

32 Slot para as memórias É preciso respeitar a ordem da instalação dos módulos de memória. Se instalarmos, por exemplo, um módulo de memória no soquete 2, deixando o soquete 1 vazio, é possível que o computador não funcione, mas isso depende muito da placa de CPU em questão. Para não ter problemas, é bom sempre começar pelo soquete 1. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 32

33 Slot para as memórias 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 33

34 Slot para as memórias Os módulos de memória possuem pequenos cortes (chanfros) que se alinham em saliências existentes no soquete. Os chanfros servem para alinhar corretamente o módulo sobre o soquete. Eles impedem que o módulo seja encaixado na posição invertida. Também impedem que o tipo de memória errado seja instalado, pois cada tipo possui chanfros diferentes 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 34

35 Slot para as memórias Observe sempre a posição dos chanfros antes de encaixar um módulo de memória. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 35

36 Slot para as memórias Os tipos mais comuns de memória são: SDRAM: seu módulo é chamado DIMM/168. Note que possui dois chanfros na parte inferior, e um chanfro em cada lateral. DDR: seu módulo é chamado DIMM/184. Possui um chanfro na parte inferior e dois chanfros em cada lateral. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 36

37 Slot para as memórias 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 37

38 Conectando o módulo 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 38

39 Conectando o módulo 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 39

40 Memórias Cache e Memória Virtual Memória Cache; L1; L2; L3; Memória Virtual; Page file; Swapping. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 40

41 Memórias Cache A memória do computador está organizada em uma hierarquia; As mais rápidas estão fisicamente colocadas mais próximas do processador: registradores; cache; L1, L2 ou L3, respectivamente, mais rápidas; 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 41

42 Memória Cache Memória Cache: é um dispositivo de armazenamento e de acesso rápido; serve de intermediário entre o executor e um outro dispositivo; um bloco de memória para armazenamento temporário; 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 42

43 Memória Cache No processador o principal objetivo de uma cache é acelerar a execução de uma tarefa. A utilização de uma cache consiste em evitar o acesso ao dispositivo de armazenamento que é mais lento, armazenando cópia dos dados em meios de acesso mais rápido. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 43

44 Memória Cache A necessidade e com o avanço tecnológico vários tipos de cache foram criadas: processadores; discos rígidos. Por ser mais caro, o recurso mais rápido não pode ser usado para armazenar todas as informações. Sendo assim, usa-se a cache para armazenar apenas as informações mais frequentemente utilizadas. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 44

45 Memórias Cache 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 45

46 Memória Cache Lógica de uso da cache: se a cache possuir capacidade de armazenamento limitada (custo), e se não houver mais espaço para armazenar o novo dado, é necessário liberar espaço; a forma utilizada para selecionar o elemento a ser retirado é chamada de política de troca (replacement policy). 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 46

47 Memória Cache Lógica de uso da cache: uma política de troca muito popular é a LRU (least recently used), que significa algo como elemento recentemente menos usado ; 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 47

48 Memória Cache Lógica de uso da cache: Como funciona no processador: quando o processador necessita de um dado, e este não está presente na cache, ele terá de realizar a busca diretamente na memória RAM, utilizando wait states. Como provavelmente será requisitado novamente (localidade temporal) o dado que foi buscado na RAM é copiado na cache. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 48

49 Memória Cache Cache em níveis (processador): com a evolução na velocidade dos processadores, e devido ao alto custo de produção a cache foi dividido em níveis: Níveis de cache De acordo com a proximidade do processador são atribuídos níveis de cache. Assim, a memória cache mais próxima da UCP recebe o nome de cache L1 (do inglês "level 1" ou nível 1). Se houver outro cache mais distante da CPU este receberá o nome de cache L2 e assim por diante. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 49

50 Memória Cache Cache em níveis (processador): Cache L1: uma pequena porção de memória estática (SRAM) presente dentro do processador; dividido em cache de: dados e instruções geralmente tem entre 16KB e 128KB; os acessos nesse nível são feitos na velocidade do clock do processador 25/04/2016 (~10 nano segundos). Prof. Dsc. Jean Galdino 50

51 Memória Cache 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 51

52 Memória Cache Cache em níveis (processador): Cache L2: objetivo de complementar o cache L1, devido ao seu tamanho reduzido; proporciona maior rendimento ao processador, mesmo que ele tenha um clock baixo; acesso em torno de 20 a 30 nano segundos; Geralmente tem entre 128 a 512KB; 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 52

53 Memória Cache Cache em níveis (processador): Cache L3: objetivo de complementar o cache L2; mais lenta do que o cache L1 e L2; custo de produção menor; inicialmente implementado pela AMD; maior capacidade de armazenamento, entre ~1 a ~4MBs ou superior. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 53

54 Memória Cache Tempos de acesso médio: memória principal (RAM): em torno de 60 nano segundos; memória secundária (HD): mecânica, lenta (cerca de 12 milisegundos. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 54

55 Memória Cache Exemplo de outro dispositivo que usa cache: o cache de disco HD uma pequena quantidade de memória incluída na placa lógica. Como exemplo, a unidade Samsung de 160 GB tem 8 MBytes de cache. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 55

56 Memória Cache Em resumo: o processador acessa à memória RAM em ~60 nano segundos (60 bilionésimos de um segundo). Pode parecer rápido, mas é muito lento para um processador. Os processadores podem ter tempos de ciclo de 2 nano segundos. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 56

57 Memória Virtual Memória virtual, é uma técnica que usa a memória secundária como uma extensão da memória principal; A memória virtual consiste em recursos de hardware e software com três funções básicas: realocação; proteção; paginação ou troca. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 57

58 Memória Virtual realocação (ou recolocação), para assegurar que cada processo (aplicação) tenha o seu próprio espaço de endereçamento, começando em zero; proteção, para impedir que um processo utilize um endereço de memória que não lhe pertença; 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 58

59 Memória Virtual paginação (paging) ou troca (swapping), que possibilita a uma aplicação utilizar mais memória do que a fisicamente existente (essa é a função mais conhecida). 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 59

60 Memória Virtual O acesso ao HD é mais lento do que o da memória RAM, então, o acesso a memória virtual será mais lento. Os computadores atuais usam memória virtual para executar das mais simples, as mais complexas aplicações, tais como processadores de texto, folhas de cálculo, jogos, leitores multimídia, etc. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 60

61 Memória Virtual 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 61

62 Memória Virtual Funcionamento: Linux em 32 bits chamada de swap na arquitetura x86 de 32 bits, o Linux pode endereçar até 4 GB de memória virtual; dimensionada na instalação e somente poderá ser redimensionada se for reparticionada; 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 62

63 Memória Virtual Funcionamento: Windows em 32 bits analogamente ao Linux, as versões atuais do Windows de 32 bits usam um espaço de endereçamento de 4 GB; diferentemente do Linux, o Windows usa apenas arquivos para paginação (paging files). Podendo usar até 16 desses arquivos, e cada um pode ocupar até 4GBs de espaço em disco; o arquivo de paginação usa a extensão *.swp. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 63

64 Memória Virtual Funcionamento: Em ambos os caso o espaço é dividido em dois: o espaço do núcleo (kernel space); e o espaço do usuário (user space). No primeiro caso o espaço é usado para armazenar informações da própria memória virtual, já no segundo caso os dados do programa em execução. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 64

65 Memória Virtual É recomendado dimensionar a memória virtual entre 2x ou 3x em relação ao tamanho da memória RAM. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 65

66 Memória Virtual Em resumo: A memória virtual foi inicialmente criada para proporcionar maior extensão da memória principal. Exemplo: um programa que ocupa um total de 64 MBs pode ser executado em um computador com apenas 32 MBs de memória principal disponível. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 66

67 Memória Virtual Memória Cache vs. Memória Virtual: Memória Cache: totalmente implementada em hardware; transparente para o software; envolve uma tradução de endereços; os dados do cache são apenas uma cópia da memória principal; o objetivo é reduzir o tempo de acesso à memória 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 67

68 Memória Virtual Memória Cache vs. Memória Virtual: Memória virtual: implementada pelo S. O; requer suporte do hardware; envolve uma tradução de endereços; o objetivo é aumentar a memória visível pelos programas. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 68

69 Memória Virtual 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 69

70 Memória Virtual 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 70

71 Memória Virtual 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 71

72 Memória Virtual 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 72

73 Memória Virtual 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 73

74 PROCESSADOR Processadores: Processador ou microprocessador ou UCP ou ainda CPU: São circuitos integrados programáveis capazes de manipular e processar dados; Um dispositivo de uso geral e programável; Responsável por realizar as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 74

75 PROCESSADOR O processador é o cérebro do micro; Processa a maior parte das informações; É um circuito integrado que realiza as funções de cálculo e tomada de decisão de um computador; É o componente mais complexo do micro; É o componente mais importante do micro; 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 75

76 PROCESSADOR Todos os computadores baseiam-se nele para executar alguma função; Aceita dados digitais como entrada, processa-os, e fornece resultados como saída. Um processador visto de cima (esquerda) e de baixo (direita). 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 76

77 PROCESSADOR Processador internamente 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 77

78 Processador Processadores: Microprocessador: 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 78

79 PROCESSADOR Novas tecnologias Processadores com dois ou mais núcleos 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 79

80 SOQUETE DO PROCESSADOR Uma placa mãe com o soquete do processador indicado pela seta de cor vermelha. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 80

81 SOQUETE DO PROCESSADOR Uma placa mãe de um notebook com o soquete do processador indicado pela seta de cor roxa. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 81

82 PROCESSADOR Subdividido em: ULA (Unidade Lógica e Aritmética): responsável por executar os programas, instruções lógicas, matemáticas, desvio, entre outras. UC (Unidade de Controle): realiza a tarefa de controle das ações a serem realizadas pelo computador; Registradores: pequenas memórias que armazenam instruções ou valores que são utilizados pelo processador. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 82

83 PROCESSADOR Estrutura Básica: 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 83

84 Os principais componentes responsáveis pela velocidade de um processador são: Clock; Largura dos barramentos; Memória Cache; Arquitetura do processador; Tecnologia de coprocessamento; Tecnologia de pipeline; Conjunto de instruções. VELOCIDADE DO PROCESADOR 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 84

85 RELÓGIO (CLOCK) É UM CIRCUITO GERADOR DE PULSOS QUE DITAM O TEMPO E SINCRONIZAM UM PROCESSADOR; SUA UNIDADE É CICLOS POR SEGUNDO OU HERTZ; NÃO DEFINE EXCLUSIVAMENTE VELOCIDADE DE UM PROCESSADOR; O AUMENTO DA FREQUÊNCIA DISPOSITIVO CARACTERIZA OVERCLOCKING. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino A DESSE O 85

86 RELÓGIO (CLOCK) /04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 86

87 RELÓGIO (CLOCK) Transferindo mais de um dado por ciclo de clock. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 87

88 RELÓGIO (CLOCK) Clock Externo e Interno Clocks interno e externo em um Pentium 4 de 3,4 GHz. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 88

89 PROCESSADOR Processadores: Trabalha em altas frequências; Clock: indica o número de instruções que podem ser executadas por segundo (ciclo); Medida em Hz, sendo 1 KHz, mil ciclos por segundo, 1 MHz corresponde a 1000 KHz e 1 GHz a 1000 MHz. Ex: Um processador de 800 MHz pode realizar aproximadamente 800 milhões de instruções por segundo. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 89

90 PROCESSADOR Processadores: Clock interno: Frequência de operação interna do processador; Clock externo (FSB, do inglês Front Side Bus): Frequência de operação externa, utilizada para comunicação entre o processador e a memória. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 90

91 PROCESSADOR Ciclo de Execução: Buscar: Busca uma instrução na memória e a coloca no processador; Executar: Executa a operação indicada; Interromper: Se uma interrupção ocorrer, antes da conclusão, salva o estado atual do processo e atenda a interrupção. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 91

92 PROCESSADOR Processadores: Multiplicador de Clock: Permite que o processador trabalhe com o clock interno numa frequência maior do que a do clock externo. Basicamente (não é só isso), o que determina se um processador é mais rápido que outro é a velocidade de execução, ou seja, seu clock. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 92

93 PROCESSADOR Processadores: Principais fabricantes: A maioria dos computadores existentes no mercado são equipados com processadores Intel ou AMD; Linhas de processadores: Intel: Core, Pentium, Xeon, Celeron, Atom entre outros; AMD: Turion, Sempron, K6, K7, Duron, Phenom, Athlon entre outros 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 93

94 Processadores A evolução dos computadores tem sido caracterizada pelo aumento na velocidade do processador; Pela diminuição no tamanho dos componentes; Aumento na capacidade de armazenamento de dados; Aumento na velocidade dos componentes; Verdadeiros ganhos devido a organização do computador Técnicas pipeline, execução paralela e especulativa; Manter o processador ocupado o máximo de 25/04/2016 tempo. Prof. Dsc. Jean Galdino 94

95 Histórico do Processador 1971 Intel desenvolve o 4004 Somar números de 4 bits; Multiplicação por repetição de somas; 1972 Desenvolvido o bits Bits e maior capacidade de endereçamento Mais rápido 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 95

96 Histórico do Processador Idealizado inicialmente por John Von Neumann em 1945; Projeto chamado EDVAC, concluído em Lançado em 1970 pela Intel, a CPU 4004 foi feita para uma empresa de calculadoras. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 96

97 Processador Processadores da década de bits Processadores da década de , 80386, Processadores da década de 1990 Pentium (pro e II) III e 4 Anos 2000 Pentium III e 4, Core, Core 2 e Core 2 Quad 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 97

98 Histórico do Processador Uma evolução de frequências de dezenas de khz a atuais 4GHz em menos de 40 anos. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 98

99 Histórico do Processador A Intel e a AMD se destacaram ao longo dos anos permanecendo quase absolutas no ramo. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 99

100 Histórico do Processador Do ponto de vista de arquitetura e da organização os computadores, os blocos básicos são praticamente os mesmos do computador IAS de 50 anos atrás, o que avança são as técnicas de espremer ainda mais a última gota de desempenho dos materiais. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 100

101 Histórico do Processador Processadores: Quadro de Evolução da Intel: 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 101

102 LINHA DE PROCESSADORES DA INTEL * Cérebro Morto Pentium Pentium PRO 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 102 Pentium ll Celeron

103 LINHA DE PROCESSADORES DA INTEL Pentium III Pentium IV Pentium D Core 2 Duo * 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 103 Xeon

104 LINHA DE PROCESSADORES DA AMD 286A K5 K6 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 104

105 LINHA DE PROCESSADORES DA AMD K6-2 K6-3 Duron Sempron K7 / Athlon 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 105

106 LINHA DE PROCESSADORES DA AMD Athlon 64 Athlon 64 X2 Turion 64 Turion 64 X2 *Opteron 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 106

107 Técnicas embutidas nos Novos processadores Previsão de desvio Antecipação do código de instrução da memória; Quais os seguintes, se acertar a maior parte do tempo mantém o processador ocupado; Análise de fluxo de dados Não segue a ordem natural do programa e sim escalona as instruções de acordo com a dependência de dados umas das outras; Execução especulativas Usando os dois anteriores executa antecipadamente 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 107

108 Melhorias na Arquitetura do CHIP Aumentar a velocidade de Hardware Porta lógicas menores, mais perto e maior clock; Aumentar a velocidade e o tamanho dos caches; Aumentar a Paralelismo). Potência velocidade das instruções (ex. Mais velocidade, mais integração, mais potência. Atraso de RC Velocidade limite para os elétrons entre os transistores e limitada pelo R C dos fios que os interligam. Latência da memória Limitam as velocidades do processadores. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 108

109 Novos processadores A primeira geração de processadores duais consiste no AMD Athlon 64 X2 e nos processadores Intel Pentium D e Pentium Extreme Edition. O Athlon 64 X2 é formado por uma pastilha dupla de silício, contendo dois núcleos de Athlon 64. Processadores Pentium D e Pentium Extreme Edition são formados com a montagem de dois processadores Pentium 4 no mesmo encapsulamento. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 109

110 Novos processadores A principal diferença entre esses dois modelos da Intel é a tecnologia HT, presente no Pentium Extreme Edition e ausente no Pentium D. As novas gerações de processadores Intel e AMD incluem modelos de dois e de quatro núcleos (dual core e quad core). 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 110

111 Novos processadores Os modelos da Intel para Desktop são: Core 2 Duo Core 2 Quad Core 2 Extreme Pentium Dual Core 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 111

112 Novos processadores O principal processador desta geração é o Core 2 Duo, e dele derivam os demais modelos. Por exemplo, o Pentium Dual Core e o Celeron Dual Core são versões simplificadas, contando com cache L2menor, clocks menores e com alguns recursos desativados, como a virtualização. Processadores Core 2 Quad são sempre de quatro núcleos, formados pela montagem de duas pastilhas de Core 2 Duo em um só encapsulamento. Já os processadores Core 2 Extreme podem ser de dois ou quatro núcleos. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 112

113 Novos processadores Processadores da Intel e da AMD têm agora 6 núcleos. A AMD usa oficialmente o termo six-core, mas é comum encontrar entre os usuários, referências como hexacore ou hexcore, todas são aceitas. Antes dos novos processadores, o modelo mais avançado da AMD era o Phenom II X4 modelo 965, de 3,4 GHz. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 113

114 Novos processadores Os novos modelos de 6 núcleos são oferecidos com as velocidades de 2.8 e 3.2 GHz, e trazem uma novidade, o recurso Turbo Core, em resposta ao Turbo Boost da Intel. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 114

115 Phenom Processadores Phenom são baseados na arquitetura K10. A primeira versão do seu núcleo é chamada Barcelona. São quatro núcleos em um único die. Cada núcleo tem 128 kb de cache L1 e 512 kb de cache L2 exclusiva. Uma cache L3 de 2 MB está presente no chip, e é compartilhada entre os quatro núcleos. Ao todo são cerca de 460 milhões de transistores. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 115

116 Phenom quatro núcleos operam com frequências e voltagens independentes. Durante um pico com carga máxima de trabalho, os núcleos operam com frequência e voltagens máximas, mas nos períodos em que a carga máxima de trabalho não é exigida, os núcleos podem ter suas voltagens e frequências reduzidas de forma independente, resultando em redução no consumo de energia e no aquecimento. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 116

117 Cache Phenom 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 117

118 Cache Phenom A figura 2 mostra a estrutura interna do Phenom, destacando os núcleos e as suas caches. Cada núcleo tem à sua disposição caches L1 e L2 (128 kb e 512 kb), além da cache L2 de 2 MB compartilhada. O chip tem dois canais de memória DDR2, suportando DDR2/400, DDR2/533, DDR2/667, DDR2/800 e DDR2/ /04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 118

119 Phenom II X6 965 (3.4 GHz) 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 119

120 Phenom II X6 de 3.2 GHz modelo HDT90ZFBK6DGR 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 120

121 Phenom II X6 de 3.2 GHz No Phenom II X6 podemos identificar facilmente os seis núcleos, cada um com sua cache L2 de 512 MB e a cache L3 de 6 MB, compartilhada entre os núcleos. Errado Correto 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 121

122 Potência O modelo abaixo é um HDZ965FBK4DGM, que dissipa 125 watts. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 122

123 A nova arquitetura Ivy Bridge A nova arquitetura Ivy Bridge. Para se ter uma ideia de quão pequeno são os transistores de 22 nm dos novos processadores, um fio de cabelo humano possui cerca de 60 mil nanômetros de diâmetro. A fabricação é possível com a tecnologia 3D Tri-Gate, anunciada pela fabricante de Santa Clara em maio do ano passado. O novo processo de fabricação possibilita maior desempenho com menor gasto de energia. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 123

124 A nova arquitetura Ivy Bridge Os novos integrantes : Core i7 Extreme: Core i7-3920xm Core i7 para notebooks: i7-3820qm, i7-3720qm, i7-3612qm, i7-3610qm Core i7 para desktops: i7-3770k, i Core i7 para desktops de baixo consumo: i7-3770t, i7-3770s Core i5: i5-3570k, i5-3550, i5-3450, i5-3550s, i5-3450s 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 124

125 A nova arquitetura Ivy Bridge 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 125

126 FX Vishera Até 8 núcleos e 4,2 GHz Modelo mais poderoso custa menos de US$ /04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 126

127 FX Vishera A AMD lançou hoje uma atualização na linha de processadores FX; Omodelo mais potente é o FX-8350, que possui oito núcleos e impressionantes 4,0 GHz de clock nativo, chegando a 4,2 GHz no modo turbo. Os chips possuem boa capacidade de overclock e foram pensados especialmente para gamers e entusiastas. Concorrente do Core i7 não eles deverão apenas competir com os intermediários Core i5. 25/04/2016 Prof. Dsc. Jean Galdino 127